基于綜合需求響應的新能源制氫系統優化調度方法探究

摘要：針對當前新能源制氫系統氫能生產效率低的問題，提出了一種基于電-氫綜合需求響應的新能源制氫系統優化調度策略。首先，對面向綜合需求響應的新能源制氫優化調度系統進行分析；其次，對面向電-氫需求響應的新能源制氫系統優化調度策略進行結果分析。結果顯示，研究策略能夠正確選擇在1-5電價谷時段進行購電，鋰電池能夠在3、7、22-23風光出力較低的時段進行放電。由此可知，基于電-氫綜合需求響應的新能源制氫優化調度策略能夠有效應對能源供需的不平衡，提高制氫效率。

關鍵詞：需求響應""""激勵需求""""新能源""""制氫系統

中圖分類號：TV674"""""""文獻標識碼：A

Exploration"of"Optimization"and"Scheduling"Method"for"New"Energy"Hydrogen"Production"System"Based"on"Comprehensive"Demand"Response

HUANG""Tieshan

Guohua"Mengdong"（Inner"Mongolia）"New"Energy"Co.，"Ltd.，"Tongliao，"Inner"Mongolia"Autonomous"Region，"028000"China

Abstract："Given"the"low"hydrogen"energy"production"efficiency"of"the"current"new"energy"hydrogen"production"system，"an"optimal"scheduling"strategy"for"the"new"energy"hydrogen"production"system"based"on"the"integrated"demand"response"of"electricity"and"hydrogen"was"proposed."This"paper"takes"the"new"energy"hydrogen"production"system"in"the"grid-connected"scenario"as"the"research"object，"and"uses"the"incentive"electric-hydrogen"integrated"demand"response"to"optimize"its"scheduling."The"analysis"results"of"the"optimal"scheduling"strategy"for"the"new"energy"hydrogen"production"system"oriented"to"the"electric-hydrogen"demand"response"show"that"the"research"strategy"can"correctly"select"the"electricity"purchase"period"during"the"1-5"price"valley"hours."Additionally，"the"lithium"battery"can"discharge"during"period"3，"7，"and"22-23"when"wind"output"is"low."It"can"be"seen"that"the"new"energy"hydrogen"production"optimization"scheduling"strategy"based"on"the"comprehensive"demand"response"of"electricity"and"hydrogen"can"effectively"deal"with"the"imbalance"of"energy"supply"and"demand"and"improve"the"efficiency"of"hydrogen"production.

KeyWords："Demand"response;"Incentive"demand;"New"energy;"Hydrogen"production"system

隨著全球對環境問題和可持續發展的關注日益增加，氫能作為一種清潔能源備受矚目，其被認為是能源轉型的關鍵技術之一，具有巨大的潛力和前景[1]。尤其是在減少不可再生能源的使用與實現全球“碳中和”目標上，氫能的發展發揮著巨大的作用。因此，近年來，世界各國都開始圍繞氫能源的發展進行產業布局，希望通過發展氫能來實現能源轉型[2]。新能源制氫系統主要包括利用可再生能源，?如太陽能、?風能等，?生產綠色氫氣的技術。其中，太陽能光解水技術利用太陽能將水分解為氫氣和氧氣，?這需要高效太陽能電池將光能轉化為電能，?并通過電解水產生氫氣[3]。雖然我國的制氫系統日臻完善，但是，氫能生產過程中需要解決能源消耗、產氫效率和碳排放等問題，都會阻礙氫能的生產效率。因此，采用電-氫綜合需求響應對新能源制氫系統進行優化調度，旨在提高氫能的生產效率。此次研究的創新點在于通過電-氫綜合需求響應精準調控電網購電、儲能設備充放電、電解槽制氫，實現電力負荷與氫負荷在不同時間尺度上的平衡與優化，從而提高產氫效率。

1"考慮電負荷與氫負荷的優化調度方法研究

隨著現代科技的不斷發展，在儲能方式并網模式下，一種新型的新能源制氫系統被提出，其主要被應用于大規模風電、?光伏的棄風、?棄光消納和儲能[4]。并網場景下新能源制氫系統結構流程如圖1所示。?

由圖1可知，在并網模式下，新能源制氫系統通過風力發電機和光伏組件將風能、太陽能轉化為電能，電能隨后被輸送到電解水制氫設備中，通過電解水的化學反應產生氫氣[5]。其中，風機的輸出功率表達式如下。

式（1）中：為空氣密度系數，單位為kg/m3；為葉片轉動半徑，單位為m；表示當地的實際風速，單位為m/s；為系統對風能的利用系數；為葉尖速比；為槳距角。時段優化調度系統對用戶削減電負荷的激勵補貼成本的表達式如下。

式（2）中：為電負荷的補貼成本系數；時段削減的電負荷量，單位為kW。時段優化調度系統對用戶削減氫負荷的激勵補貼成本的表達式如下。

式（3）中：為氫負荷的補貼成本系數。激勵型需求響應后的實際電負荷的表達式如下。

式（4）中：為電負荷的初始預測值，單位為kW。激勵型需求響應后的實際氫負荷的表達式如下。

式（5）中：為氫負荷的初始預測值，單位為kW。

2"新能源制氫優化調度系統結果分析

為了驗證研究所提出優化調度系統的有效性，研究選擇并網場景下新能源制氫系統進行實驗，優化調度系統模型在MATLAB軟件中建模，基于綜合需求響應的新能源制氫優化調度系統電能平衡結果圖如圖2所示。

由圖2可知，優化調度系統在電網購電行為上選擇在1-5電價谷時段進行購電，以此降低運營成本、增加整體收益。在儲能管理方面，鋰電池在3、7、22-23風光出力較低的時段進行放電，在風光資源豐富的12-13時段集中進行充電。在8-10、12-19風光出力較為充足的時段，電解槽利用可再生能源進行電解水制氫。在22-24時段，此時制氫量已能滿足氫負荷需求，電解槽適時調整功率至0。基于綜合需求響應的新能源制氫系統優化調度結果如圖3所示。

由圖3（a）可知，為了應對8-10、20-23電價高峰時段的用電壓力，優化調度系統將部分電負荷從高電價時段轉移至電價相對較低的平時段，并在1-6和24-25電價谷時段從電網進行購電。由圖3（b）可知，在6-17氫負荷高峰時段，系統將電力與氫能進行轉換，提升了整個能源系統的穩定性和效率。

3"結語

氫能生產過程中的能源消耗、產氫效率和碳排放等問題都會阻礙氫能的生產效率，因此，研究基于電-氫綜合需求響應對新能源制氫系統進行優化調度。結果顯示，優化調度系統能夠有效地將部分電負荷從高電價時段轉移至電價相對較低的平時段，在1-6和24-25電價谷時段從電網進行購電，在6-17氫負荷高峰時段可以有效實現電氫轉換。

參考文獻

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